Ingenieros de Lubricación Ltda.

ANALISIS DEL DESGASTE

El desgaste es multifacético y no hay una manera exacta de definir este fenómeno altamente costoso para los departamentos de mantenimiento; sin embargo se puede considerar como la pérdida de material que sufre un elemento, en este caso mecánico, que hace que su forma geométrica cambie y que su funcionamiento se vuelva errático y antifuncional. El análisis de la tendencia normal al desgaste de un mecanismo permite elaborar la curva tribológica para cada uno de los elementos metálicos que lo constituyen.

CURVA TRIBOLÓGICA DE DESGASTE DEL PISTÓN
DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

Hay múltiples razones por las cuales en un mecanismo se puede presentar el desgaste ya sea adhesivo, abrasivo, corrosivo, erosivo, por cavitación, ó por corrientes eléctricas. Cualquiera de ellos puede ser el resultado del acercamiento de dos superficies que se mueven la una con respecto a la otra y que trabajan bajo condiciones de película fluida ó por la presencia de partículas sólidas en una concentración por encima de la máxima permisible ya sea que la lubricación sea EHL ó fluida.

Las técnicas más importantes para evaluar el desgaste de un mecanismo son:

Espectrofotometría por Emisión Atómica

Es la prueba tradicional de desgaste que permite analizar el contenido en ppm (partes por millón) de cada elemento metálico presente en la muestra de aceite reflejando la tendencia constante al desgaste de los componentes mecánicos que lubrica el aceite. La Espectrofotometría por Emisión Atómica se efectúa paralelamente con el análisis Físico-Químico del aceite usado.

Dentro del intervalo de cambio del aceite se pueden llevar a cabo uno ó más análisis de desgaste; el número dependerá del tipo de máquina y de sus condiciones de operación. El contenido en ppm de los diferentes metales presentes en la muestra de aceite usado debe estar dentro de la tendencia constante al desgaste de ese elemento mecánico; si está por encima existe la "posibilidad" de que se esté presentando un problema en el mecanismo como por ejemplo desalineamientos, desbalanceos, etc. Los principales inconvenientes que presenta la Espectrofotometría por Emisión Atómica para tomarla como herramienta única en la toma de decisiones sobre la criticidad del desgaste de un componente mecánico es que no permite evaluar las partículas mayores de 10 mm, ni el número ni su forma. No es lo mismo tener 100 ppm de hierro de un tamaño de 20 mm que de 2 mm. Por lo tanto cuando la tendencia constante al desgaste de un componente mecánico de un determinado metal se sale en forma continua y periódica (cada vez que se cumple la frecuencia de cambio del aceite) de su valor normal y tiene una tendencia ascendente (si es constante es posible que hayan variado las características del lubricante utilizado) es necesario recurrir inicialmente a la técnica del Conteo de Partículas y finalmente a la Ferrografia para verificar si el incremento de la tendencia normal al desgaste del mecanismo reviste alguna gravedad y es necesario por lo tanto programar la parada del equipo y reemplazar el componente desgastado.

Durante la etapa productiva del mecanismo y si éste tiene una tendencia normal al desgaste no es necesario recurrir a la Ferrografia; en la etapa del envejecimiento moral si es necesario hacerlo para determinar exactamente en que momento se debe parar el equipo y reemplazarle el componente desgastado. La tendencia constante normal al desgaste es típica para cada mecanismo y tipo de lubricante y se determina (cuando el fabricante del equipo no la especifica) con base en la duración del aceite que se está utilizando; puede ser diferente si se cambia el tipo de lubricante. La presencia de metales dentro de la tendencia constante es normal y tiene su origen en el desgaste que sufre la película límite cuando el mecanismo se pone en movimiento ó se detiene y entran en contacto directo las superficies metálicas, ó cuando se tienen condiciones de película fluida y se presentan variaciones en el tipo de flujo pasando de laminar a turbulento. Un buen lubricante se caracteriza porque da lugar a una tendencia constante al desgaste mínima.

Cuando dentro de una frecuencia de cambio del aceite, éste se analiza varias veces, el contenido de cada metal es acumulativo llegando al valor de la tendencia constante cuando se cumple la frecuencia de cambio del aceite.

Conteo de Partículas

Se lleva a cabo mediante la utilización de un Contador de Partículas (funciona con una base óptica láser) que permite una medición absoluta de las partículas de 2 mm en adelante presentes en una muestra del aceite (no especifica el tipo de material). Estos equipos trabajan de acuerdo con las normas internacionales de filtración ISO 4406 y NAS 1638. La más utilizada es la ISO 4406, la cual especifica el nivel de limpieza de un aceite con base en tres números, el primero de los cuales indica el número de partículas mayores ó iguales a 2mm; el segundo a 5mm y el último a 15mm presentes en 100 ml de muestra del aceite evaluado.

Una vez que el análisis de desgaste por Espectrofotometría por Emisión Atómica indique que hay un contenido de algún metal por fuera de su tendencia normal (existe la posibilidad de un problema de desgaste), se procede a efectuar el Conteo de Partículas presentes en ese aceite. Si las de 2 y 5 mm están por fuera del rango establecido para ese componente es un indicativo de que se está presentando desgaste erosivo y se deben analizar las causas que lo están generando (bajo Indice de Viscosidad del aceite, alta viscosidad ó presencia de partículas sólidas), sin embargo este tipo de desgaste no es crítico pero se deben tomar las medidas correctivas necesarias (como la filtración del aceite) ya que de lo contrario a mediano ó a largo plazo puede llegar a causar la falla catastrófica del componente. Si las de 15 mm en adelante están por fuera del código ISO es señal inequívoca de que un daño más grave se está presentando en el mecanismo y por consiguiente se debe recurrir a la Ferrografia para tener un panorama analítico de mayor amplitud que permita tomar decisiones más acertadas.

Es conveniente periódicamente, aún cuando el resultado del análisis de Espectrofotometría por Emisión Atómica de dentro de la tendencia normal al desgaste, efectuarle al aceite un Conteo de Partículas, ya que si en este caso el código ISO del aceite da por fuera del establecido para ese componente es porque hay presencia de contaminantes (polvo, partículas sólidas, etc) en el aceite y por consiguiente se debe filtrar. Cuando se utiliza el Conteo de Partículas (si no se va a emplear la Espectrofotometría por Emisión Atómica) para evaluar el desgaste periódico de un componente es necesario graficar el contenido de las partículas mayores ó iguales a 2 mm, 5 mm y 15 mm respectivamente y compararlos con el código ISO establecido para dicho componente. La curva más crítica depende del espesor mínimo de la película lubricante (ho). Las partículas de un tamaño igual ó superior a ho y en una concentración por encima de la máxima permisible son las peligrosas, por lo tanto es necesario conocer el valor de ho, ó en caso contrario calcularlo de acuerdo con el elemento que se esté lubricando. Cuando el contenido de partículas se sale del código ISO establecido es necesario programar el cambio del filtro de aceite del sistema y/ó proceder a filtrar el aceite hasta que quede bajo el código ISO recomendado.

Ferrografía

La Ferrografía capta partículas metálicas en el rango de 0,1 a 500 mm, con lo cual cubre no solamente el campo del desgaste anormal y traumático (10 a 100mm), sino que opera también en el rango de la espectrofotometría de emisión atómica; permite clasificar las partículas metálicas en el rango de £ 10 mm y > de 10 mm; y por medio del microscopio y de patrones de reconocimiento, realiza un análisis de la forma y del tamaño de las partículas metálicas, determinando el tipo de desgaste. Una vez que se ha determinado por espectrofotometría de emisión atómica que se tiene una tendencia al desgaste ascendente y que el código ISO de limpieza del aceite está por fuera de especificaciones, se procede a realizarle al aceite un análisis de Ferrografía para evaluar la gravedad del desgaste que se está presentando en el componente del equipo.

Es recomendable continuar realizando durante un periodo de tiempo determinado, tanto el conteo de partículas como la Ferrografia hasta que la situación se normalice, ó se tome la decisión de parar el equipo para cambiarle el componente afectado. Si la tendencia de las partículas mayores de 10 mm analizadas por Ferrografia es constante y su forma es redondeada, hay un problema crítico de desgaste abrasivo y es necesario corregir las causas que lo están originando; si la tendencia es ascendente es necesario parar el equipo y cambiarle el componente afectado; esto también se debe llevar a cabo cuando la tendencia de las partículas mayores de 10 mm sea constante y su forma sea alargada ó puntiaguda.

Envejecimiento moral del elemento mecánico

Es la etapa en la cual el elemento mecánico ya ha alcanzado la vida a la fatiga y en cualquier momento de ahí en adelante podría fallar intempestivamente; para evitar que esto ocurra y se dañen otros elementos que estén en buen estado, es necesario utilizar simultáneamente la Espectrofotometría por emisión atómica, el Conteo de Partículas y la Ferrografía y hacer las evaluaciones respectivas siguiendo la metodología tratada anteriormente.

Conclusiones

Para tomar decisiones que conduzcan a la parada de un equipo rotativo con el fin de cambiarle determinadas piezas es necesario contar con suficiente información estadística basada en los análisis del desgaste por Espectrofotometría por Emisión Atómica, Conteo de Partículas y Ferrografia. Sin esta información se pueden correr grandes riesgos que pueden conducir al cambio a destiempo del componente ó a su falla catastrófica con altos costos de mantenimiento.

Adicionalmente, en cualquier caso, siempre es necesario correlacionar los resultados de los análisis de laboratorio efectuados a las propiedades Físico-Químicas del aceite usado y los del desgaste; sólo así se podrá contar con una herramienta eficaz que le permitirá a los departamentos de mantenimiento tomar decisiones acertadas.

INQUIETUDES DE NUESTROS SUSCRIPTORES

En los compresores alternativos de doble efecto de nuestra planta de aire comprimido se están presentado problemas de alto carbonamiento en las válvulas de descarga y en algunos casos recalentamiento en estos cilindros. Quisiera saber cuáles pueden ser las causas que están incidiendo para que esto se presente.

Planta de Cemento Los Cedros - Guatemala

La presencia de una cantidad excesiva de carbón en las válvulas, principalmente en las de descarga, en los compresores de doble efecto, siempre es una señal inequívoca de una condición anormal en la lubricación de los cilindros. Es normal que se presenten trazas de carbón cuando se está utilizando un aceite mineral en la lubricación de los cilindros, pero es una señal de alerta cuando dicha cantidad es excesiva; las causas básicamente son dos:

· Goteo excesivo de aceite, para lo cual es necesario verificar en el catálogo del fabricante del compresor qué cantidad en gotas por minuto especifica y compararla con las que se le están aplicando. El aceite en los cilindros se nebuliza y a las altas temperaturas que se presentan que es de aproximadamente 320°F, se oxida rápidamente y luego se coquiza.
· Utilización de aceites minerales con un alto contenido de Carbón Conradson ASTM D189; en este caso no debe ser mayor de 0,1% por peso.

El exceso de carbón en las válvulas puede dar lugar a que los muelles de los platos de las válvulas se fracturen ó a que los platos no cierren herméticamente durante el ciclo de compresión dando lugar a pérdidas de presión y a recalentamientos por recirculación de aire caliente. Una buena opción podría ser utilizar aceites sintéticos del tipo Diéster ó Polialkileneglicol, teniendo en cuenta disminuir el goteo de aceite debido a que la película lubricante de los aceites sintéticos por el menor coeficiente de fricción que tienen con respecto a los minerales se desgasta menos y por lo tanto para el mismo período de tiempo se requiere menos cantidad de aceite.

Las cadenas de rodillos de los telares de nuestra planta textil se "estiran" con mucha frecuencia lo cual implica altos costos de mantenimiento por reposición de cadenas y por Horas-Hombre para cambiarlas. Cuál puede ser el problema y qué debemos hacer.

Fábrica de textiles el Cóndor S.A. - Colombia

El "estiramiento" de las cadenas de rodillos como popularmente se les conoce es debido a una deficiente lubricación entre los bujes y los pasadores de la cadena, ya que por lo regular el lubricante, ya sea aceite ó grasa, se aplica muy bien en la parte exterior pero difícilmente penetra hasta la superficie de fricción entre los bujes y pasadores dando lugar a que dicha superficie se desgaste y como este se presenta en los extremos de los bujes, la cadena aparentemente se va "estirando", variando el paso hasta que finalmente los bujes se suben sobre los dientes de los sprockets, complicando el funcionamiento de la cadena. En la mayoría de los casos los usuarios optan por reducir la longitud de la cadena quitándole eslabones, pero el problema persiste ya que de todas maneras el paso entre los eslabones y los dientes de los sprockets no es el mismo.

Con el fin de reducir al máximo el desgaste de la cadena y garantizar su vida de servicio, se debe garantizar que el lubricante si penetre hasta la superficie de fricción entre los bujes y los pasadores para lo cual es necesario utilizar el aceite adecuado el cual debe tener características de buena penetrabilidad y adhesividad de tal manera que garantice que la película lubricante va a permanecer en su sitio y no va a ser desplazado por la fuerza centrífuga a la cual va a ser sometida ó cuando el pasador haga presión sobre la superficie interior del buje.

Una buena alternativa cuando no se disponga de lubricantes recomendados especialmente para cadenas de rodillos es la de bajar las cadenas del telar, limpiarlas con un solvente y luego sumergirlas en un baño con aceite a una temperatura de 60°C mezclado con un 5% de Bisulfuro de Molibdeno ó grafito; las cadenas se dejan sumergidas en el aceite por espacio de dos horas y luego se sacan, se dejan escurrir y se montan de nuevo en el telar. La parte exterior de la cadena se lubrica con el lubricante recomendado y de acuerdo con la frecuencia establecida. El baño con aceite caliente se le puede hacer a la cadena con una periodicidad de cada tres meses para una operación continua de 24 horas diarias.

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